全球最强粒子对撞机首次观测到物质-反物质差异

排行榜 2025年07月24日 03:24 0 admin

这一发现源于对2011年至2018年间记录的约8万次粒子衰变事件的分析。

欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的科学家们首次观测到重子行为中存在一种基本的不对称性。重子是构成所有可见物质主体的粒子。

这一发现为理解物理学中的一个关键谜题 —— 为何宇宙主要由物质主导 —— 提供了证据。

这种被称为电荷宇称（CP）破坏的不对称性表明，物理定律对物质及其对应的反物质施加了不同的作用。

科学家们在一项新研究中表示：“粒子物理学的标准模型 —— 描述最小尺度下粒子及其相互作用的理论 —— 预测，由于电荷共轭（C）和宇称（P）的联合对称性被破坏，物质和反物质会以不同的方式相互作用。”

在重子中的首次探测

虽然此前已在称为介子的粒子中观测到这种效应，但在重子中探测到它尚属首次，这为解释宇宙如何在其诞生初期幸存下来迈进了一步。

该研究补充道：“尽管CP破坏已在多种介子衰变中被发现，但在构成可观测宇宙的物质类型 —— 重子中，它尚未被观测到。”

这一发现对包括“物质为何存在”在内的基本问题具有深远意义。理论认为，宇宙大爆炸产生了等量的物质和反物质。

由于两者接触时会相互湮灭，这理应导致宇宙中仅剩下能量。而如今物质的存在意味着存在某种因素使得一小部分物质得以幸存。CP破坏被认为是该过程中一个必要的组成部分。

一个广泛的过程

这一发现源于对2011年至2018年间记录的约8万次粒子衰变事件的分析。一个物理学家团队专注于研究Λb重子（Lambda-beauty baryon）及其反物质版本。

LHCb发言人温琴佐·瓦尼奥尼（Vincenzo Vagnoni）解释道：“在重子中观测CP破坏比在介子中耗时更久的原因在于效应的大小和可用的数据量。”

“我们需要分析超过8万次重子衰变，才首次在这类粒子中看到物质-反物质的不对称性。”

通过比较它们的衰变过程，研究人员发现了一个2.5%的相对差异。这表明Λb重子与其反粒子并非以相同的方式衰变。

该结果的统计显著性达到了5.2西格玛（sigma）。这个数值达到了粒子物理学中通常用于确认一项发现的门槛，表明该观测结果是随机波动的可能性大约为一千万分之一。

进一步的理论与实验研究

观测到的重子中的CP破坏，其本身并不足以解释宇宙中物质-反物质的不平衡。探测到的不对称程度与粒子物理学标准模型的预测相符。

物理学家们估计，需要更大程度的CP破坏才能解释当前物质占据主导地位的现象。

这表明，可能需要超越标准模型的物理学来提供其他CP破坏的来源。

瓦尼奥尼总结道：“首次在重子衰变中观测到CP破坏，为未来对CP破坏本质的进一步理论与实验研究铺平了道路，并可能为超越标准模型的物理学提供新的约束条件。”

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